[发明专利]一种卫星间太赫兹通信系统构架及其信息传输方法

说明书

本发明公开了一种卫星间太赫兹通信系统构架，包括设置在卫星平台上的发射机和接收机，当太赫兹频率范围为小于10THz的低频段时，所述发射机采用巨量太赫兹天线阵；当太赫兹频率范围在10THz～30THz的高频段时，所述发射机是太赫兹激光器；太赫兹频率范围为上述低频段或高频段时，所述接收机均为巨量太赫兹天线阵；所述巨量太赫兹天线阵包含有10⁴～10⁷数量级的天线阵元，所述巨量太赫兹天线阵利用半导体工艺制作，将若干个工作在不同波长的天线阵元利用同一个工艺来实现，从而实现多频率MIMO体制；所述接收机接收太赫兹波后将通过一检波量子器件提取信息，并采用若干个天线阵元驱动同一个检波量子器件。本发明系统构架融合了红外激光通信和毫米波通信的优点。

技术领域

本发明涉及一种新型的基于太赫兹频段的用于卫星间通信的收发机体系结构。

背景技术

传统的星间链路主要依靠微波通信技术和激光通信技术。为了满足日益增长的空间中星间通信数据量的要求，微波带宽不断提高，如美国新一代的军事卫星通信系统星间链路的工作频率达到了60GHz。但微波通信面临的巨大问题是空间链路衰减，而星间通信的特点恰恰是超远距离。空间激光通讯方式由于激光的相干性，使得其与微波相比较基本上没有路径衰减。但远距离激光通信使用的激光光束散角非常小，在实际应用中空间平台高达数十μrad的抖动会影响到安装于平台上的空间激光通信系统的光学发射或接收天线，使其产生摆动。这种摆动严重时会使空间激光通信中断，更多的时候会使激光通信系统的误码率增加，通信质量下降。因而空间激光通信的特点使得其在远距离通信中在对准与跟踪系统的要求上非常苛刻。

太赫兹(THz)频段高于毫米波而低于长波红外，其频段范围在0.3THz至30THz之间(波长1mm～10μm)。相比于微波通信：1)THz通信传输的容量更大，在带宽上远大于微波几百兆的带宽，能够进行Gb/s量级的通信；2)THz波束更窄、方向性更好、可以探测更小的目标以及更精确地定位；3)THz波具有更好的保密性及抗干扰能力；4)由于THz波波长相对更短，在完成同样功能的情况下天线的尺寸可以做得更小，其他系统结构也可以做得更加简单、经济。相比于激光通信：1)THz波的光子能量约为可见光的1/40，其作为信息载体的能量效率更高；2)THz波具有更好的穿透沙尘烟雾的能力，可以实现全天候的工作；3)波束角比激光大，波束覆盖面积更大，使得接收器在一定范围内都可以正确的进行接收，放宽了捕获跟踪APT的要求，扩大了通信的距离。

发明内容

本发明提出一个全新的卫星间太赫兹通信构架：PHOTRONIC通信体系。其特点是融合了红外激光通信(光子学：PHOTONIC)和毫米波通信(电子学:ELECTRONIC)的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种卫星间太赫兹通信系统构架，包括设置在卫星平台上的发射机和接收机，当太赫兹频率范围为小于10THz的低频段时，所述发射机采用巨量太赫兹天线阵；当太赫兹频率范围在10THz～30THz的高频段时，所述发射机是太赫兹激光器；太赫兹频率范围为上述低频段或高频段时，所述接收机均为巨量太赫兹天线阵；所述巨量太赫兹天线阵包含有10⁴～10⁷数量级的天线阵元，所述巨量太赫兹天线阵利用半导体工艺制作，将若干个工作在不同波长的天线阵元(因为每个太赫兹天线阵元也由接收不同波长的子天线阵元组成，这样的复合太赫兹天线阵元再组成太赫兹天线阵列)利用同一个工艺来实现，从而实现多频率MIMO体制；所述接收机接收太赫兹波后将通过一检波量子器件提取信息，并采用若干个天线阵元驱动同一个检波量子器件。

所述检波量子器件是基于等离子高电子迁移率晶体管。